滴滴涕(DDT)作为有机氯农药的代表,在20世纪曾被广泛使用。因其持久性、生物富集性、高毒性和长距离迁移性的特点,DDT的降解转化一直是研究者关注的焦点和难点。加之近年来三氯杀螨醇和防污漆的使用,DDT引发的环境问题仍然非常严峻。课题组前期发现壮伟环毛蚓(Amynthas robustus Perrier,A.robustus)能够促进土壤DDT降解,但机理不明确。因此本研究以此为背景,通过建立土壤柱和室内微宇宙模拟实验,以蚓触圈为研究重点,利用末端限制性片段长度多态性分析(T-FRLP)、稳定同位素探针(DNA-SIP)和高通量测序(HTS)等技术,揭示了A.robustus及其蚓触圈对DDT降解路径的影响及其微生物学机理,从而为DDT污染土壤修复新技术的发展提供一定理论依据。主要结果和结论如下:(1)通过灭菌/未灭菌及添加A.robustus/未添加A.robustus的土壤柱培养实验,发现土著微生物和A.robustus在DDT的降解中都具有重要的作用。灭菌土壤中DDT残留量在前6周一直高于95%,而自然土壤中DDT的残留量在整个培养过程中均显著低于灭菌土壤。添加A.robustus的灭菌和自然土壤中DDT的残留量在培养的第4周、8周和14周低至DDT初始含量的75%、50%和25%。该结果说明生物降解是土壤DDT消减的主要方式,A.robustus对土壤DDT降解具有直接作用。(2)通过测定与分析土壤柱培养实验中空白土壤(CK)、对照土壤(Bulk)、穴壁土(Burrow)、蚓粪(Cast)和肠道内容物(Gut)基质中的DDT及其代谢产物(DDTs)含量,发现蚓触圈是土壤DDT降解的“热区”,A.robustus形成的蚓触圈能显著提高土壤DDT降解速率,并影响DDT的降解途径。A.robustus通过肠道的消化作用促进DDT和DDE的还原脱氯反应生成DDD和DDMU,通过挖掘形成通气性良好的穴壁促进土壤DDT脱氯化氢转化为DDE。(3)通过进一步研究非蚓触圈和蚓触圈基质的化学及生物学性质,发现A.robustus可显著改善土壤性质从而促进DDT降解。蚓触圈基质的p H随培养时间呈上升趋势,Cast中p H值达到5.85;蚓触圈基质中有机碳含量、水溶性有机碳含量、热水溶性有机碳含量均显著高于非蚓触圈基质;蚓触圈中胡敏素含量和微生物生物量碳氮含量随培养时间逐渐提高。基于上述化学及生物学性质的典范对应分析(CCA)结果表明,蚓触圈较高的土壤p H和有机代谢底物活性是影响其中DDTs生物降解较快的主要因子。(4)为了进一步明确A.robustus促进DDTs降解的微生物机理,选用非蚓触圈和蚓触圈基质进行微宇宙培养实验。结果表明,CK、Bulk、Burrow、Cast和Gut中微生物种类和相对丰度均差异较大。CK和Bulk中的优势种群相近,主要来自绿弯菌门(Chloroflexi)。Burrow、Cast和Gut中相对丰度较高的微生物主要来自变形菌门(Proteobacteria)。随着培养时间延长,各基质中的优势种群趋于统一,以unclassified Sporolactobacillaceae为主。与CK、Bulk、Burrow和Cast相反,A.robustus肠道微生物群落的Shannon多样性指数、Pielou均匀度指数、Species丰富度指数和Simpson优势度指数均随培养时间显著增高。CCA分析结果表明A.robustus肠道微生物可以显著促进DDTs的降解,微生物群落的优势度和微生物群落组成是影响土壤中DDTs降解最显著的因素。(5)利用SIP联合HTS技术,鉴定出CK、Bulk、Burrow、Cast和Gut中共有11种主要功能微生物参与了DDTs的开环降解,主要来自放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和Proteobacteria。CK土壤中主要的功能微生物为Streptomyces、Bacillus和unclassified Bacillaceae;Bulk土壤中主要的功能微生物是Dermacoccus、unclassified Bacillales和other Bacillaceae;Burrow中主要的功能微生物是Dermacoccus、Brevibacterium和unclassified Bacillales;Cast中主要的功能微生物是Dermacoccus、unclassified Xanthomonadaceae和unclassified Bacillales;Gut中主要的功能微生物是Streptacidiphilus和Candidatus Solibacter。上述结果表明,非蚓触圈和蚓触圈基质环境中DDTs的降解微生物存在较大差异,DDT开环降解的功能微生物主要属于Actinobacteria。A.robustus通过蚓触圈的特殊性质刺激DDTs降解功能微生物Dermacoccus,从而强化DDTs的降解。因此,A.robustus通过形成蚓触圈显著提高了土壤的p H和有机碳活性,改变了微生物群落结构,提高了功能微生物的相对丰度,从而提高了DDT的降解速率,并影响了DDT的降解途径。